Relacin VT/tI durante un ejercicio estable en tapiz rodante a una intensidad prxima al segundo umbral ventilatorio

Texto completo

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Relación V

T

/

t

I

durante un

ejercicio estable en tapiz rodante a una

intensidad próxima al segundo umbral ventilatorio

Pedro José Benito,* Francisco Javier Calderón,* Ana Belén Peinado,* Irma Lorenzo,* Víctor Díaz*

* Laboratorio de Fisiología de Esfuerzo. Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte – INEF. Universidad Politécnica de Madrid.

ARTÍCULO ORIGINAL

VT/tI Relationship during steady-state exercise on a treadmill at the intensity close to second ventilatory threshold

ABSTRACT

Introduction. Few works have approached the study of the

tidal volumen/inspiratory time (VT/tI) relationship during long

and constant load exercise in treadmill. The aim of the present study was to analyze the relationship VT/tI to an intensity

cor-responding to the mean point among the two ventilatory thresholds. Material and methods. Twenty-four males have participated, carrying out two tests in treadmill: 1) maxi-mal incremental test and 2) a 30 minutes constant load test at the intensity corresponding to the mean point among the two ventilatory thresholds. The respiratory parameters, acid-base parameters and lactate concentration was analysed during the constant load test. Results. The breakpoint of relationship VT/tI during the maximum test was reached at VT 2,886 (465) mL, tI 0.57 (0.10) s and oxygen uptake (VO2) 4,606 (532.9)

mL/min. During the effort at constant load the relationships VT/tI and tI/tTOT (inspiratory time/total time) were significantly lower to those corresponding to the breakpoint of Hering-Breuer (PHB). Although the lactate concentration was superi-or to 4 mmol/L, the parameters of the acid-base state stayed inside the limits that allowed to conclude the whole test.

Con-clusions. A value of the relationship VT/tI is adopted below the PHB, determinated with a maximum test, during an effort of 30 minutes at an intensity corresponding to the mean point among the two ventilatory thresholds. Both, carbon dioxide pressure end tidal values (Pet CO2) and the acid-base state, stay stable and below the values corresponding to the PHB.

Key words. VT/tI Relationship. Steady state exercise.

Ventila-tory threshold. Hering-Breuer reflex. RespiraVentila-tory control.

RESUMEN

Introducción. Pocos trabajos han abordado el estudio de la relación volumen corriente/tiempo inspiratorio (VT/tI) durante esfuerzos prolongados a intensidad constante en cinta rodante. Objetivo. Analizar la relación VT/tI a una intensidad corres-pondiente al punto medio entre los dos umbrales ventilatorios. Material y métodos. Veinticuatro varones han participado en el estudio, realizando dos pruebas en tapiz: 1) Prueba máxi-ma incremental y 2) prueba de carga constante con intensidad correspondiente al punto medio entre los dos umbrales ventila-torios y 30 minutos de duración. Durante la prueba a carga constante se determinaron los parámetros de intercambio res-piratorio, así como la concentración de lactato y parámetros ácido-base. Resultados. El punto medio de ruptura de la rela-ción VT/tI durante la prueba máxima se alcanzaba a VT de 2,886 (465) mL, tI de 0.57 (0.10) s y consumo de oxígeno (VO2) de 4,606 (532.9) mL/min. Durante el esfuerzo a carga constante las relaciones VT/tI y tI/tTOT (tiempo inspiratorio/tiempo total) fueron significativamente inferiores a las correspondientes al punto de ruptura de Hering-Breuer (PHB). A pesar de que la concentración de lactato fue superior a 4 mmol/L, los paráme-tros del estado ácido base se mantuvieron dentro de unos límites que permitieron finalizar toda la prueba. Conclusiones. Durante un esfuerzo de 30 minutos a una intensidad corres-pondiente al punto medio entre los dos umbrales ventilatorios, se adopta un valor de la relación VT/tI por debajo del PHB de-terminado durante una prueba máxima. Tanto los valores de presión al final de la espiración de dióxido de carbono (Pet CO2) como del estado ácido-base se mantienen estables y por debajo de los valores correspondientes al PHB.

Palabras clave. Relación VT/tI. Ejercicio en estado estable.

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INTRODUCCIÓN

La relación entre el volumen corriente y el tiempo inspiratorio (VT/tI) muestra un valor umbral pro-puesto por Clark y Von Euler para la inhalación de dióxido de carbono.1 El patrón respiratorio se ha

es-tudiado en humanos en reposo,1 durante ejercicio

submáximo2 y máximo.3,4 Durante el ejercicio se ha

demostrado un valor umbral en condiciones ambien-tales normales.5 El cambio de un patrón respiratorio

con un elevado volumen corriente a una respiración taquipneica ha sido atribuido a mecanismos centra-les y periféricos de retroalimentación.1,6 Aunque se

han realizado estudios en cicloergómetro a intensi-dad submáxima,7 existe poca información respecto a

la relación VT/tI durante esfuerzos prolongados de elevada intensidad constante en cinta rodante. La relación VT/tI se comporta de manera diferente en personas con enfermedad obstructiva crónica que en personas sanas,8 por ello su importancia clínica.

El máximo estado estable de lactato (MLSS) ha sido definido de diversas formas,4,9-12 originando una

gran controversia en la metodología para su determi-nación. Nosotros,13 de acuerdo con otros autores,14

pensamos que la carga correspondiente al MLSS se encuentra en torno al punto medio de los umbrales ventilatorios. Por otra parte, como previamente se ha demostrado,4 existe una relación entre el punto de

ruptura de Hering-Breuer (PHB) y el umbral anaeró-bico, quedando por debajo de este último.

El objetivo del presente estudio fue analizar los parámetros del patrón respiratorio durante un es-fuerzo constante de 30 minutos y a una intensidad próxima al MLSS. Como hipótesis inicial se propone que la relación VT/tI en este tipo de esfuerzos esta-bles se encuentra por debajo del PHB obtenido du-rante un esfuerzo máximo.

MATERIAL Y MÉTODOS

Sujetos

Participaron en el estudio veinticuatro varones sanos, estudiantes de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte, con un buen nivel de condición física y habituados a la práctica de ejercicio de resistencia, de 26.7 (4.9) años, 176.1 (6.3) cm de altura y 72.8 (6.7) kg de peso. Todos los sujetos estaban familiari-zados con esfuerzos realifamiliari-zados en tapiz rodante y fueron informados de la naturaleza del estudio, dan-do su consentimiento por escrito. El estudio fue rea-lizado según las directrices éticas de la declaración de Helsinki.

Protocolo de estudio

Todas las pruebas se realizaron en un tapiz ro-dante (H/P/cosmos pulsar 3P 4.0®). Los sujetos

res-piraban aire ambiente a través de una válvula de baja resistencia con una mascarilla de espacio muer-to conocido. La medición de la composición y volu-men del aire espirado se realizó con un equipo Jaeger Oxycon Pro® (Erich Jaeger, Alemania). El

transductor de volumen es bidireccional digital (Tri-ple V®), de bajo espacio muerto y resistencia,

cum-pliendo la normativa ATS (American Thoracic Society) y ECCS (European Communities Chemis-try Society). El análisis del gas espirado se realiza según el principio paramagnético diferencial para el oxígeno y el principio de absorción de rayos infra-rrojos para el dióxido de carbono. La velocidad de muestreo para ambos gases es de 100 m/s. Antes y después de cada prueba el equipo fue calibrado con un gas de composición conocida. Variaciones del ± 2% en la composición de los gases fueron rechaza-das.15,16 El procesamiento de los datos se realizó

mediante el software LabManager V4.53ª (Erick Jae-ger, Alemania), que permite analizar las variables respiración a respiración. Todas las pruebas fueron realizadas en condiciones atmosféricas similares (21-24 ºC y 45-55% de humedad relativa).

• Ergoespirometría máxima. Las pruebas máxi-mas se realizaron siguiendo un protocolo de car-ga continua incremental (0.2 km/h cada 12 segundos y pendiente fija al 1%) hasta alcanzar los criterios máximos: petición voluntaria del su-jeto por agotamiento, alcanzar la frecuencia car-diaca máxima teórica, estabilización del VO2 (consumo de oxígeno) y cociente respiratorio su-perior o igual a 1.15. Los umbrales ventilatorios se determinaron según el método propuesto por Wasserman, por dos personas con experiencia de forma independiente.17 Cuando los valores

dife-rían en más de 5%, la determinación se realizaba por consenso con un tercer investigador, según el procedimiento de Gaskill.18 Se calculó el PHB

según el procedimiento descrito previamente.4

Durante toda la prueba se registraron los valo-res de intercambio valo-respiratorio, procesando los datos cada 15 segundos.

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pH, presiones parciales de los gases y concentracio-nes de ioconcentracio-nes y lactato. Los parámetros de intercam-bio gaseoso se midieron en las mismas condiciones que en las pruebas máximas. Para analizar los cambios en las variables más representativas del modelo respiratorio se analizaron los datos respira-ción a respirarespira-ción, durante los minutos centrales de la fase estable (minutos 10 a 20).

El análisis del estado ácido-base se realizó me-diante un gasómetro modelo ABL 77® (Radiometer

Copenhagen, Dinamarca), con un volumen de mues-tra de 75 μL, que utiliza electrodos específicos para la determinación del pH, presiones parciales de los gases y concentraciones de iones. La medición de la concentración de lactato se llevó a cabo mediante método enzimático, con un aparato YSI 1500®

(Ye-llow Springs Instrument Co., USA), que mide un vo-lumen de muestra de 25 μL en un rango de concentración de 0 a 30 mmol/L y con una resolu-ción de 0.01 mmol/L. La calibraresolu-ción se realizó con dos soluciones de concentración conocida de 5 y 15 mmol/L.

Análisis estadístico

Se analizó la normalidad de la distribución de to-das las variables con la prueba no paramétrica de Kolmogorov-Smirnov. Para la comparación de medias se utilizó una t-Student para muestras relacionadas. El nivel de significación se estableció en α≤ 0.05.

RESULTADOS

Los resultados se muestran como valores prome-dios ± desviación estándar (D.E.) en las dos prue-bas, máxima y a carga constante. En el cuadro 1 se

muestran los datos descriptivos de la muestra estu-diada y los más representativos de las dos pruebas realizadas (máxima y estable). La intensidad a la que los sujetos realizaron la prueba a carga constan-te fue elevada: 82.8% de la máxima velocidad de ca-rrera, 91.3% de la frecuencia cardiaca máxima y 81.2% del VO2 máximo. Los sujetos alcanzaron un estado de acidosis metabólica aguda durante la prue-ba máxima, con concentraciones de protones ([H+])

y diferencia de iones fuertes ([SID]) de 65.08 (6.73) (nmol/L) y 29.9 (2.8) (mEq/L), respectivamente. Por otra parte, la intensidad de la carrera a carga cons-tante permitió completar la duración total de la prueba con una concentración de lactato por encima del Onset Blood Lactate Accumulation (OBLA) y un estado de acidosis metabólica moderada ([H+] = 46.3

nmol/L y [SID] = 33.5 mEq/L), en relación a los va-lores alcanzados durante la prueba máxima.

En el cuadro 2 figura el análisis estadístico para diferentes parámetros del patrón respiratorio en el PHB y durante la fase estable. El punto medio de ruptura de la relación VT/tI durante la prueba máxi-ma se produjo a un VO2 de 4,606 (532.9) mL/min que corresponde a 95% del VO2 máximo, cuyo valor fue de 4,813 (514) mL/min. Los valores del VT y tI en el momento de cambio del patrón respiratorio en la prueba máxima fueron de 2,886 (465) mL y 0.57 (0.10) s, respectivamente. Durante el esfuerzo a car-ga constante la relación VT/tI fue significativamente inferior (p < 0.05) al valor correspondiente al PHB de la prueba máxima.

Existen diferencias significativas entre el esfuerzo realizado a carga constante y los valores correspon-dientes al PHB de la prueba máxima. La presión al

Cuadro 1. Descriptivos de los sujetos y de las pruebas máxima y estable.

Peso (kg) 72.3±6.6

Talla (cm) 176.4±5.9

Edad (años) 27±5

Velocidad máxima(km/h) 17.4±1.4

VelocidadEST (km/h) 14.3±1.3 *

FC máxima(latidos/min) 191±8

FCEST (latidos/min) 175±13 *

VO2 máximo(mL/min.kg) 67.0±8.7

VO2EST (mL/min.kg) 54.04±8.47 *

Variables como media ± desviación estándar (D.E.). FC: frecuencia cardia-ca. EST: valor medio correspondiente a la fase estable.

* Diferencias significativas con respecto a los valores de la prueba máxima, p < 0.001.

Cuadro 2. Diferencias de medias para las variables más relevantes del modelo respiratorio clásico.

PHB EST

VO2 (mL/min) 4,607±533 3,649±408 *

Pet CO2 (kPa) 4.75±0.55 4.46±0.41 *

Fet CO2 (%) 5.36±0.61 5.06±0.46 *

VE (L/min) 138±18 108±24 *

BF (respiraciones/min) 48±8 45±10

VT (mL) 2,886±465 2,510±550 *

tI (s) 0.57±0.10 0.63±0.11 *

VT/tI (mL/s) 5.11±0.79 3.68±0.55 *

tI/tTOT 0.49±0.03 0.46±0.10

Variables como media ± desviación estándar (D.E.). PHB: valores corres-pondientes al punto de ruptura de Hering-Breuer en la prueba máxima. EST: valores medios correspondientes a la fase estable. BF: frecuencia res-piratoria.

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final de la espiración de dióxido de carbono (Pet CO2) y la fracción de dióxido de carbono al final de la espiración (Fet CO2) durante la carrera a carga constante son significativamente más bajos (p < 0.05) que los valores correspondientes al PHB de la prueba máxima.

DISCUSIÓN

A determinadas intensidades del ejercicio la rela-ción VT/tI muestra uno o dos puntos de ruptura,4

si-guiendo un comportamiento similar al descrito por Clark y Euler en animales sometidos a inhalación de dióxido de carbono.1 La relación V

T/tI muestra tres

rangos con dos puntos de ruptura a volúmenes co-rrientes de 1.2 y 2.4 L.5 Nosotros únicamente hemos

observado un punto de ruptura, pues no se conside-ró el incremento que se produce cuando se pasa del reposo a una intensidad ligera.5,7 El segundo punto

de ruptura se produce a un valor medio de VT de 2.8 L, que difiere del segundo punto de ruptura descrito por Lind y Hesser. Las posibles explicaciones al ma-yor VT observado por nosotros puede ser debido a que el esfuerzo se realizó en tapiz rodante y no en ci-cloergómetro, de manera que la mecánica respirato-ria es diferente; además de posibles diferencias antropométricas de los sujetos que participaron en cada uno de los estudios.

La intervención del reflejo de Hering-Breuer en el control respiratorio ha sido demostrada en animales de experimentación bajo anestesia19 y en seres

hu-manos,20 si bien ha suscitado una gran controversia.

La vagotomía,21 la denervación del hilio pulmonar,22

la hipercapnia23 y el bloqueo de beta receptores24

de-terminan un cambio de la relación VT/tI, demostran-do la participación de los mecanismos reflejos en el control por retroalimentación de la respiración. En nuestro estudio, hemos demostrado que la relación VT/tI durante el ejercicio realizado a carga constante y a una elevada intensidad (MLSS) es significativa-mente inferior a la correspondiente al PHB (Figura 1). Esto podría significar que el generador central inspiratorio envía una señal estable a los músculos respiratorios que permiten mantener la ventilación. No obstante, el hecho de que el patrón respiratorio adoptado en esfuerzo constante sea inferior no ex-cluye la intervención del reflejo HB en el control res-piratorio. En efecto, se ha demostrado que este mecanismo reflejo puede desencadenarse por otro tipo de estímulos distintos del volumen, tales como las variaciones de la Pet CO2 y la [H+].

Si bien es cierto que hemos demostrado que los valores Pet CO2 respiración a respiración se en-cuentran por debajo de los valores medios observa-dos en el punto de ruptura de la relación VT/tI, no significa que este parámetro no haya estimulado los receptores de adaptación lenta. Diversos investiga-dores han demostrado en animales, bien conscien-tes o bajo anesconscien-tesia, que el reflejo de Hering-Breuer puede verse afectado por otros factores indepen-dientes del volumen.25 En nuestro estudio, las

osci-laciones de la Pet CO2 respiración a respiración presentan una gran variación interindividual (Fi-gura 2). Así, aun a pesar de que la Pet CO2 durante el ejercicio constante es significativamente inferior a la correspondiente al PHB, pensamos que no se

Figura 2. Pet CO2 a lo largo de 86 respiraciones seleccionadas en la fase estable, pertenecientes a la mitad de la prueba. La línea continua

in-dica la Pet CO2 media en el PHB en la prueba incremental.

Figura 1. Relación VT/tIpara los 24 sujetos estudiados durante la

fase estable. La línea continua indica el valor medio de la relación VT/tIen

el PHB durante la prueba incremental (IC: Intervalo de confianza).

Pet CO

2

(kPa)

Respiraciones 4.8

4.7

4.6

4.5

4.4

4.3

4.2

4.1

4.0

3.9

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 Valor PHB prueba máxima = 4.75 (0.55)

Valor a carga constante = 4.28 (0.07) 8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

VT /tI

(L/s)

Sujetos (n = 24)

(5)

puede excluir la estimulación de los receptores por las oscilaciones de este parámetro medido en la es-piración. Sin embargo, a pesar de las fluctuaciones de la Pet CO2, la ventilación (VE)media durante el esfuerzo estable se mantenía constante, de manera que no serían suficientes como para provocar incre-mentos de la ventilación. La forma de comportarse la diferencia entre la presión arterial de CO2 (PaCO2) y la Pet CO2 en personas con patología tanto obstructiva como restrictiva es la de mante-nerse constante, a diferencia de los sujetos sanos en que tiende a descender.8 Naturalmente, la

inten-sidad de los esfuerzos llevados a cabo en este estu-dio escapa a las pautas de ejercicio recomendadas por los neumólogos para enfermos con EPOC. Sin embargo, ajustando la intensidad para estos enfer-mos la relación VT/tI puede ser un buen indicador de adaptación al entrenamiento,8,26 planteándose

como futura línea de investigación.

El otro factor que podría constituir un estímulo de los receptores pulmonares es la [H+]. Durante la

prueba máxima los sujetos estudiados alcanzaron un estado de acidosis elevado que no difiere del observa-do por otros autores.27 Tanto la [H+] como la [SID]

aumentaron durante el ejercicio máximo, como co-rresponde al estado de acidosis metabólica.28 Durante

el ejercicio a velocidad constante, hemos demostrado cómo a pesar de que la concentración de lactato en sangre es mayor que la correspondiente al OBLA, la [H+] permite finalizar el esfuerzo de 30 minutos a

una intensidad elevada, de acuerdo con otros estu-dios.13 El aumento de la concentración de los iones

potasio [K+], que puede alcanzar cifras de hasta 7

mEq/L, y la consiguiente desviación de la [SID], se ha postulado como factor desencadenante de la hi-perventilación en esfuerzo, bien por estimulación de los quimiorreceptores centrales o periféricos. En nuestro estudio los incrementos de la [K+] durante

el ejercicio en fase estable fueron superiores a los observados por otros autores,29 debido a que la

in-tensidad en nuestro estudio fue muy superior. Na-turalmente, una limitación de nuestro estudio es precisamente el tipo de sangre analizada, capilar, a diferencia de otros estudios donde se analiza sangre venosa arterializada.30

Finalmente, otro estímulo que podría estar impli-cado en el control respiratorio durante el ejercicio es la temperatura central.31,32 Nosotros no hemos

me-dido la temperatura central durante el ejercicio a carga constante y aunque las condiciones del labora-torio eran confortables, no podemos asegurar que durante 30 minutos no se produjera un aumento de esta variable.

En conclusión, en este estudio se ha demostrado que el modelo respiratorio adoptado durante un es-fuerzo prolongado a intensidad constante se encuen-tra por debajo del punto de ruptura de la relación VT/tI determinado durante un esfuerzo máximo. Por otra parte, la Pet CO2 respiración a respiración du-rante el esfuerzo constante es inferior a la obtenida durante el esfuerzo máximo. Por último, la concen-tración de lactato por encima del OBLA no determi-na un estado de acidosis metabólica aguda que pudiera limitar el rendimiento en este tipo de esfuer-zos prolongados.

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Dr. Francisco Javier Calderón-Montero

Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte – INEF,

Universidad Politécnica de Madrid C/ Martín Fierro, s/n

28040, Madrid, España Fax: 91336-4032 Tel.: 91336-4070

Correo electrónico: franciscojavier.calderon@upm.es

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Cuadro 1. Descriptivos de los sujetos y de las pruebas máxima y estable.

Cuadro 1.

Descriptivos de los sujetos y de las pruebas máxima y estable. p.3
Cuadro 2. Diferencias de medias para las variables más relevantes del

Cuadro 2.

Diferencias de medias para las variables más relevantes del p.3
Figura 1. Relación V T / t I  para los 24 sujetos estudiados durante la

Figura 1.

Relación V T / t I para los 24 sujetos estudiados durante la p.4
Figura 2. Pet CO 2  a lo largo de 86 respiraciones seleccionadas en la fase estable, pertenecientes a la mitad de la prueba

Figura 2.

Pet CO 2 a lo largo de 86 respiraciones seleccionadas en la fase estable, pertenecientes a la mitad de la prueba p.4

Referencias

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